INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE CARATINGA
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA
PRÓ-REITORIA DE ENSINO
Registro Acadêmico
	INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, HUMANAS E SOCIAIS APLICADAS.
CURSO: BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL/ SANITÁRIA e AMBIENTAL
PROF. PENHA LÚCIA RESENDE
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I
 
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES GERAIS DOS MATERIAIS
INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Os materiais de construção são definidos como todo e qualquer material utilizado na construção de uma edificação, desde a locação e infraestrutura da obra até a fase de acabamento, passando desde um simples prego até os mais conhecidos materiais, como o cimento. 
A disciplina de Materiais de Construção Civil tem por finalidade, essencialmente prática, estudar diferentes materiais utilizados pelo Engenheiro, suas obtenções, suas propriedades e técnicas de emprego, como elementos constituintes das edificações. 
Para cumprir tal finalidade deve-se lançar mão da Ciência dos materiais, que é o ramo da ciência que estuda os materiais, suas propriedades, estrutura, desempenho, formas de caracterização e processamento. Cada processamento modifica a estrutura do material, alterando suas propriedades, que por sua vez delimitam o seu desempenho.
A expressão “materiais de construção”, portanto, abrange uma gama extensa de materiais, dos quais estudaremos alguns dos principais, que denominamos “Materiais de Construção Básicos”. 
Na construção civil temos materiais que são utilizados a muitos anos da mesma forma, como o concreto, e outros que evoluem constantemente. E a evolução dos materiais de construção não é um processo recente, pois teve início desde os povos primitivos, que utilizavam os materiais assim como os encontravam na natureza, sem qualquer transformação. Com a evolução do homem surgem necessidades que levam à transformação desses materiais de uma maneira simplificada, a fim de facilitar seu uso ou de criar novos materiais a partir deles. Assim, o homem começa a moldar a argila, a cortar a madeira e a lapidar a pedra. Outro exemplo de evolução foi a descoberta do concreto que surgiu da necessidade do homem de um material resistente como a pedra, mas de moldagem mais fácil. 
Perceba que os materiais continuam evoluindo para satisfazer as necessidades do homem e de forma cada vez mais rápida, com exigências cada vez maiores quanto a sua qualidade, durabilidade e custo. Além disso, há um cenário sustentável no qual a produção e o emprego dos materiais de construção devem considerar a questão ambiental.
Nenhuma obra é feita sem materiais e a qualidade e durabilidade de uma construção dependem diretamente da qualidade e da durabilidade dos materiais que nela são empregados. Por isso, é necessário que o responsável técnico de uma edificação tenha em mente a importância de conhecer as propriedades e aplicações mais adequadas para cada material.
Na hora de escolher os materiais que irá utilizar o responsável técnico por uma edificação deve analisá-los de acordo com seguintes aspectos:
CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS MATERIAIS PARA UMA DETERMINADA CONSTRUÇÃO:
Condições técnicas (Qualidade) 
O material deve possuir propriedades que o tornem adequado ao uso que se pretende fazer dele. 
Entre essas propriedades estão a resistência, a trabalhabilidade, a durabilidade, a higiene (proteção à saúde) e a segurança.
1 - Resistência Mecânica: É a capacidade de suportar a ação de cargas aplicadas sem entrar em colapso. É a propriedade apresentada pelo material em resistir a esforços externos, estáticos ou lentos. Tais esforços podem ser de natureza diversa, como sejam: tração, compressão, flexão, torção, cisalhamento.
 Materiais sólidos tendem a deformar (ou eventualmente romper) quando submetidos a solicitações mecânicas.
 A Resistência dos Materiais é um ramo da Engenharia que tem como objetivo o estudo do comportamento de elementos construtivos sujeitos a esforços, deforma que eles possam ser adequadamente dimensionados para suportá-los nas condições previstas de utilização.
 A Figura ilustra formas gráficas simplificadas dos tipos de esforços mais comuns a que são submetidos os elementos construtivos.
 
Figura 1 – Esquema gráfico simplificado dos principais esforços mecânicos. 
(a) Tração: a força atuante tende a provocar um alongamento do elemento na direção da mesma.
( b) Compressão: a força atuante tende a produzir uma redução de tamanho do elemento na direção da mesma.
(c) Flexão: a força atuante provoca uma deformação do eixo perpendicular à mesma.
(d)Torção: as forças atuam em um plano perpendicular ao eixo de tal forma que cada seção transversal do objeto sob ação do esforço tende a girar em relação às outras.
(e) Flambagem: é um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra.
(f) Cisalhamento: forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções transversais.
  
Em muitas situações práticas ocorre uma combinação de dois ou mais tipos de esforços. Em alguns casos há um tipo predominante e os demais podem ser desprezados, mas há outros casos em que eles precisam ser considerados conjuntamente.
2 - Durabilidade: É a capacidade de manter as suas propriedades físico-mecânicas com o decorrer do tempo e ação de elementos agressivos (meio ambiente ou intrínsecos, físico, químico e mecânico). Influenciam a durabilidade: compacidade, porosidade, permeabilidade, higroscopicidade, gelividade, condutibilidade térmica.
Compacidade: É o volume de sólidos na unidade de volume da rocha natural. Está ligada à permeabilidade, à absorção, à higroscopicidade e à gelividade.
Porosidade: É expressa pelo volume de vazios na unidade de volume total. É o complemento da compacidade. A pedra porosa é pouco resistente à compressão, é permeável e gelível. A porosidade está intimamente ligada à durabilidade. 
Permeabilidade: É a capacidade de se deixar atravessar por líquidos e gases. A água pode atravessar um corpo poroso por capilaridade, pressão ou ambas. Muito importante para reservatórios, coberturas, entre outros. 
Higroscopicidade: É a propriedade de absorver água por capilaridade. 
Gelividade: A água infiltrada na pedra transforma-se em gelo, consequentemente aumentando de volume.
Condutividade Térmica e Elétrica: É a propriedade relacionada com a velocidade da transmissão de calor. As pedras, comparadas aos metais, podem ser consideradas más condutoras de calor, mesmo assim não podem ser consideradas bons isolantes térmicos. Em geral, as porosas são mais isolantes que as compactas. Devido à má condutibilidade o exterior sofre mais que o interior, a dilatação provoca o fendilhamento. 
3 - Trabalhabilidade: É a capacidade da pedra em ser trabalhada com mínimo de esforço. Influenciam na trabalhabilidade: a Fratura, a Homogeneidade e a Dureza. 
 Fratura: Está relacionada à facilidade ou dificuldade de extração, corte, polimento e aderência a aglomerantes. Refere-se à forma e ao aspecto da superfície de fragmentação da rocha.
 Homogeneidade: Quando apresenta as mesmas propriedades em amostras diversas. A homogeneidade é uma qualidade fundamental, a ausência desta significa má qualidade da pedra. 
· Dureza: É a propriedade relacionada à maior ou menor capacidade de se serrar. Esta propriedade afeta a trabalhabilidade da pedra e está intimamente ligada ao seu custo. Brandas: Serradas facilmente pela serra de dentes. Ex.: Tufos vulcânicos. 
· Semi- duras: Serradas facilmente pela serra lisa com areia ou esmeril e dificilmente serradas por serra de dentes. Ex.: Calcários compactos. 
· Duras: Somente serradas na serra lisa. Ex.: Mármores. 
· Duríssimas: Dificilmente serradas pela serra lisa, mas facilmente com as serras diamantadas. Ex.: Granito.
4 - Higiene e proteção à saúde. (Aparência geral): cor – aspecto –plástica
Estética: É a aparência da pedra para fins de revestimento ou acabamento. Considera-se a Textura, a Estruturae a Coloração. 
Textura: Relacionada ao detalhe da distribuição dos elementos mineralógicos. 
 Estrutura: Relacionada à homogeneidade ou heterogeneidade dos cristais constituintes. Coloração: É determinada pela cor dos minerais essenciais ou de seus componentes acessórios. Importante quando a pedra tem finalidade decorativa, influenciando na maioria das vezes, no seu valor. 
Condições Econômicas 
O material deve satisfazer as necessidades de sua aplicação com um custo reduzido não só de aquisição, mas de aplicação e de manutenção, visto que muitas obras precisam de serviços de manutenção depois de concluídas e que da manutenção depende a durabilidade da construção. 
Fabricação
Transporte
Aplicação
Conservação
Condições Estéticas: 
O material utilizado deve proporcionar uma aparência agradável e conforto ao ambiente onde for aplicado.
· Estética: É a aparência da pedra para fins de revestimento ou acabamento. Considera-se a Textura, a Estrutura e a Coloração. 
· Textura: Relacionada ao detalhe da distribuição dos elementos mineralógicos. 
· Estrutura: Relacionada à homogeneidade ou heterogeneidade dos cristais constituintes.
· Coloração: É determinada pela cor dos minerais essenciais ou de seus componentes acessórios. Importante quando a pedra tem finalidade decorativa, influenciando na maioria das vezes, no seu valor. 
· Observação: “Não possuindo qualidade, o material será “barato ou de baixo custo”, mas não será viável economicamente. Um material só poderá ser considerado satisfatoriamente econômico se for de boa qualidade”.
2 - Classificação
 Os materiais de construção podem ser classificados de acordo com diferentes critérios:
Quanto à origem e à função.
 Quanto à origem ou modo de obtenção os materiais de construção podem ser classificados em:
 • Naturais: são aqueles encontrados na natureza, prontos para serem utilizados. Em alguns casos precisam de tratamentos simplificados como uma lavagem ou uma redução de tamanho para serem utilizados. Como exemplo desse tipo de material, temos a areia, a pedra e a madeira.
 • Artificiais: são os materiais obtidos por processos industriais. Como exemplo, podem-se citar os tijolos, as telhas e o aço. 
• Combinados: são os materiais obtidos pela combinação entre materiais naturais e artificiais. Concretos e argamassas são exemplos desse tipo de material. 
Quanto à função onde forem empregados, os materiais de construção podem ser classificados em:
 • Materiais de vedação: são aqueles que não têm função estrutural, servindo para isolar e fechar os ambientes nos quais são empregados, como os tijolos de vedação e os vidros.
 • Materiais de proteção: são utilizados para proteger e aumentar a durabilidade e a vida útil da edificação. Nessa categoria podemos citar as tintas e os produtos de impermeabilização. 
• Materiais com função estrutural: são aqueles que suportam as cargas e demais esforços atuantes na estrutura. A madeira, o aço e o concreto são exemplos de materiais utilizados para esse fim.
• Materiais sem função estrutural: – são materiais de aplicação em serviços sem responsabilidade estrutural, embora em alguns casos possam colocar em perigo a segurança da construção. São os materiais de proteção (tintas, vernizes, etc.) ou os materiais de vedação (tijolos, vidros, etc.).
3- Propriedades Gerais dos Materiais
 São as qualidades exteriores que caracterizam e distinguem os materiais. Um determinado material é conhecido e identificado por suas propriedades e por seu comportamento perante agentes exteriores. Algumas das principais propriedades dos materiais dentre as quais podemos citar as mais importantes ao nosso estudo é:
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
São aquelas que definem o comportamento do material segundo um determinado esforço a que ele pode ser submetido. O conjunto de propriedades mecânicas é baseado nas seguintes características do material:
 RESISTÊNCIA MECÂNICA: É a propriedade apresentada pelo material em resistir a esforços externos, estáticos ou lentos. Tais esforços podem ser de natureza diversa, como sejam: tração, compressão, flexão, torção, cisalhamento. 
ELASTICIDADE: Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a forma primitiva tão depressa cesse o esforço que tenha provocado a deformação. A deformação elástica é reversível e desaparece quando a tensão aplicada é removida. Uma característica da deformação elástica é que esta é praticamente proporcional à tensão aplicada. O módulo de elasticidade (módulo de Young) é quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. Ele está relacionado com a rigidez do material. O módulo de elasticidade resultante de tração ou compressão é expresso em unidade de tensão (psi ou kgf/mm2). O valor deste módulo é primordialmente determinado pela composição do material e é apenas indiretamente relacionado com as demais propriedades mecânicas. O módulo de Young é determinado a partir do ensaio de tração.
 PLASTICIDADE: É a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades mecânicas. A plasticidade é influenciada pelo calor (o aço ao rubro torna-se bastante plástico). O inverso da plasticidade é a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um material é dito frágil ou quebradiço quando o mesmo ao romper-se apresenta uma pequena deformação. A plasticidade pode ser subdividida em: 
• Maleabilidade: É a maior ou menor facilidade apresentada pelo material em se deformar sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica. Um material é maleável quando sob ação do laminador ou do martelo da forja, não sofre rupturas ou fortes alterações na estrutura (endurecimento inadmissível). A maleabilidade pode ser a quente ou a frio. Se a maleabilidade a frio é muito grande o material é chamado plástico.
• Ductilidade: Capacidade dos materiais de se deformarem sem se romperem. Pode ser medida por meio da estricção (redução na área da seção transversal de um corpo de prova), ou por meio do alongamento. Quanto mais dúctil o material, maior será a redução da área da seção transversal e maior será o alongamento antes da ruptura. Logo, a ductilidade é uma medida da extensão da deformação que ocorre até a fratura. 
DUREZA: É definida pela resistência da superfície do material à penetração, ao desgaste, e ao atrito, embora a primeira definição seja a mais comumente aceita. Como se pode esperar, a dureza e a resistência a tração estão intimamente relacionadas. A determinação da dureza é obtida a partir de uma série de ensaios destinados especificamente para tal intento.
 FLUÊNCIA: Fenômeno de alongamento contínuo e que pode conduzir à ruptura. Esta característica é típica de materiais ferrosos quando submetidos a cargas de tração constantes por longo tempo a elevadas temperaturas. Deformam-se continuamente mesmo quando a solicitação é menor do que a tensão de escoamento do material naquela temperatura. A fluência ocorre mesmo quando o material é solicitado na temperatura ambiente, mas nessa temperatura a fluência é praticamente desprezível comparada com a que ocorre em temperaturas elevadas. É importante frisar que certas peças ficam inutilizadas se alongarem apenas 0,01%.
 RESILIÊNCIA: É a maior ou menor reação do material às solicitações dinâmicas, isto é, a propriedade do material resistir a esforços externos dinâmicos (choques, pancadas, etc.) sem sofrer deformação permanente. Como exemplo, citamos as peças de um britador de mandíbulas, uma matriz para forjamento, uma ferramenta de corte, molas, etc. Assim, as molas são feitas de materiais de elevada resiliência. 
TENACIDADE: Mede a capacidade que o material tem de absorver energia até fraturar-se incluindo a deformação elástica e plástica quando essa energia é absorvida progressivamente, é dada pela energia consumida para fraturá-lo. A tenacidade é, pois, medida pela área total do diagrama tensão deformação.Em geral diz-se que um material é tanto tenaz quanto maior é a sua resistência a ruptura por tração ou distensão; isto nem sempre é verdadeiro, pois alguns aços doces, por exemplo, são mais tenazes que os aços duros, isto porque os aços duros apresentam, na ruptura uma pouquíssima deformação. A tenacidade tem alguma relação com a resistência ao choque, porém os valores da energia medidos para ambos os casos não concordam para todos os materiais ou condições de ensaio.
PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS 
São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se deixar trabalhar pelos processos de fabricação usuais. As propriedades tecnológicas são: 
FUSIBILIDADE: É a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação do calor. Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade. Em se tratando de metais convém conhecer as temperaturas correspondentes à colocação que tomam quando aquecidas: Principais temperaturas de fusão. Alumínio 650º.C / Ferro puro 1530º.C / Aços 1300º.C a 1500º.C Zinco 420º.C / Gusa e fofo 1150º.C a 1300º.C / Chumbo 330º.C 
SOLDABILIDADE: É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos. A soldabilidade depende do tempo em que o metal permanece num estado sólido-plástico, sob o efeito do calor produzido pela ação soldante. O metal ou liga que passar instantaneamente do estado sólido para o líquido é dificilmente soldável (ferro fundido, por exemplo).
TEMPERABILIDADE: Propriedade que possuem alguns metais e ligas de modificarem a sua estrutura cristalina (endurecimento) após um aquecimento prolongado seguido de resfriamento brusco. Tal propriedade caracteriza o aço com certo teor de carbono, assim, como determinadas ligas de alumínio, transformando a estrutura cristalográfica do material que, em consequência, altera todas as propriedades mecânicas. 
USINABILIDADE (ou maquinabilidade): É a propriedade de que se relaciona com a resistência oferecida ao corte e é medida pela energia necessária para usinar o material no torno, sob condições padrões. A usinabilidade de um material é obtida comparando-se com a de um material padrão cuja usinabilidade é convencionada igual a 100 (aço B1112). O conhecimento da usinabilidade de um material permite calcular os tempos necessários ás operações de usinagem que é, portanto, indispensável na programação de uma fabricação.
 FADIGA: Fadiga não chega a ser uma propriedade do material mais sim, um problema característico de materiais sujeitos a esforços cíclicos. Quando um material é sujeito a esforços dinâmicos, durante longo tempo, é observado um ”enfraquecimento” das propriedades mecânicas ocasionando a ruptura. A fadiga pode ser também superficial, ocasionando desgaste de peças sujeitas a esforços cíclicos, como comumente ocorre em dentes de engrenagens. 
PROPRIEDADES TÉRMICAS
 Propriedades térmicas estão vinculadas às características dos materiais quando submetidos a variações de temperatura. Dentre estas propriedades destacam-se:
 Condutividade térmica: São propriedades que possuem certos corpos de transmitir mais ou menos calor. Neste caso, materiais bons condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: Ag, Cu, Al, latão, Zn, Aço e Pb. Corpos maus condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: pedra, vidro, madeira, papel, etc. 
Dilatação: Propriedade pela qual um corpo aumenta quando submetido à ação do calor. A capacidade de dilatação de um material está relacionada ao chamado coeficiente de dilatação térmica, que pode ser: linear, superficial e volumétrico. Esta característica dos materiais deve ser considerada quando o mesmo é submetido a variações consideráveis de temperatura. 
PROPRIEDADES ELÉTRICAS A mais conhecida propriedade elétrica de um material é a condutividade elétrica. A condutividade elétrica é a propriedade que possuem certos materiais de permitir maior ou menor capacidade de transporte de cargas elétricas. Os corpos que permitem a eletricidade passar são chamados condutores, sendo uma característica dos materiais metálicos. Já os que não permitem tal fenômeno são os chamados materiais isolantes. O cobre e suas ligas e o alumínio conduzem bem a eletricidade, sendo empregados na fabricação de linhas elétricas e aparelhagens; as ligas Cr-Ni, FeNi conduzem mal, servido para construção de resistências elétricas, como reostatos. 
PROPRIEDADES ELETROMAGNÉTICAS A característica mais comumente associada às propriedades eletromagnéticas é: 
Suscetibilidade magnética: É a propriedade que caracteriza a maior ou menor facilidade com que os metais reúnem ou dispersam as linhas de força de um campo magnético. Os metais que reúnem de modo acentuado as linhas de força de um campo magnético se denominam ”ferromagnéticos”. Os metais que reúnem debilmente as linhas de força de um campo magnético são denominados ”paramagnéticos”. A maioria dos metais é paramagnético. Os metais que dispersam as linhas de força de um campo magnético são denominados” diamagnéticos”.
 PROPRIEDADES FÍSICAS Dentre o conjunto de propriedades físicas destacam-se: 
Densidade: É a relação entre o peso de certo volume de um corpo e o peso de igual volume de água. É um número abstrato. Exemplo: Pb = 11,4 Cu = 8,9 Al = 2,7 Mg = 1,7
 Peso específico: É o peso da unidade de volume do corpo. Por exemplo: o peso específico do aço é 7,8 kg/dm3. 
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Resistência à corrosão: Quase todos os materiais são suscetíveis de corrosão por ataque químico. Para alguns materiais, a solubilização é importante. Em outros casos, o efeito da oxidação direta de um metal ou de um material orgânico como a borracha é o mais importante. Além disso, a resistência do material à corrosão química, devido ao meio ambiente, é da maior importância. Desde que frequentemente, o ataque pela corrosão é irregular, é muito difícil medi-la. A unidade mais comum para a corrosão é polegadas de superfície perdida por ano.
 
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